(57)【要約】      （修正有）【課題】  大口径のウエハ等、ウエハ周辺領域の均一性が得られにくいエッチングプロセスに対しても、簡素な構造で、面内均一なエッチング特性が得られるエッチング方法及びエッチング装置を提供する。【解決手段】  真空チャンバ１内に、ウエハ２が設置されるステージ３と、前記ステージ３上に設置されたウエハ２に対して上方からエッチングガスを吐出する上部ガス吐出部４などの上部ガス吐出手段とを備え、上部ガス吐出部４から吐出されたエッチングガスを高周波電力によりプラズマ化して、プラズマ化した活性ガスによりウエハ２をエッチングするエッチング装置において、ステージ３の外周近傍からステージ３上のウエハ２の外周端に向けてエッチングガスを吐出する下部ガス吐出部１３などの下部ガス吐出手段を設ける。【選択図】  図１
2006344701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、ウエハが設置されるステージと、前記ステージ上に設置されたウエハに対して上方からガスを吐出する上部ガス吐出手段とを備え、前記上部ガス吐出部から吐出されるエッチングガスを高周波電力によりプラズマ化して、プラズマ化した活性ガスにより前記ウエハをエッチングするエッチング装置において、前記ステージの外周近傍からステージ上のウエハの外周端に向けてエッチングガスを吐出する下部ガス吐出手段が設けられたエッチング装置。
【請求項２】
下部ガス吐出手段のガス吐出部は、ステージに積載されたウエハの外周端に臨むガス吐出口を有している請求項１記載のエッチング装置。
【請求項３】
ガス吐出部は、ステージとフォーカスリングとの間に配置されている請求項２記載のエッチング装置。
【請求項４】
下部ガス吐出手段は、ガス吐出部に向けてガスを供給するためのガス通路を含み、前記ガス吐出部および前記ガス通路の一端部はそれぞれリング状に形成され、前記ガス吐出部のガス吐出口はガス吐出部の周方向に沿って所定の間隔で複数個形成され、それぞれの下端が前記ガス通路のリング状部に連通している請求項１記載のエッチング装置。
【請求項５】
下部ガス吐出手段は、ガス吐出部に向けてガスを供給するためのガス通路を含み、前記ガス吐出部および前記ガス通路の一端部はそれぞれリング状に形成され、前記ガス吐出部のガス吐出口はガス吐出部の周方向に沿うリング状に形成され、その下端が前記ガス通路のリング状部に連通している請求項１記載のエッチング装置。
【請求項６】
下部ガス吐出手段は、ガス吐出部に向けてガスを供給するためのガス通路を含み、前記ガス通路は、種類の異なる複数のエッチングガス及び不活性ガスのガス源にそれぞれ流量制御手段を介して接続され、前記ガス吐出部に向けて供給するガスの組成を前記流量制御手段それぞれの流量制御によって調整可能である請求項１記載のエッチング装置。
【請求項７】
真空チャンバ内のステージ上にウエハを設置し、真空チャンバ内に供給するエッチングガスを高周波電力によりプラズマ化して、プラズマ化した活性ガスにより前記ウエハをエッチングする際に、前記ステージ上のウエハに対して上方からエッチングガスを吐出するとともに、前記ステージの外周近傍からウエハの外周端に向けてエッチングガスを吐出するエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエッチング装置およびエッチング方法に関し、特に均一なエッチング特性を得るための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス、特にプラズマを用いたドライエッチングでは、いかにしてウエハを均一にエッチングするかが重要なポイントなっている。均一なエッチングとは、エッチングレート、エッチング選択比、エッチング形状がウエハの全面にわたって可能な限り等しくなることである。均一なエッチングを実現するためには、ウエハの直上におけるプラズマ密度、電子温度、ラジカルの組成、電場（バイアス）、磁場及び圧力等を均一にすることが最適であるといわれている。
【０００３】
しかし、エッチングに使用されるガスの組成の均一化は実現困難である。あらゆるエッチングパラメータをウエハ面内で均一にしても、ウエハの周辺領域（つまり周縁部）におけるエッチングの非均一性は避けられない。このエッチングの非均一性は、ウエハ中央領域の周囲にも被エッチング材料が存在するため、ラジカルの消費が激しく、エッチング時に副生成物の発生量が多いのに対し、ウエハ周辺領域ではこれと逆の減少が生じるからである。
【０００４】
そこで、ウエハ面内の均一性を改善するために、ラジカルとイオンとを同時に作用させるプラズマ処理の最適化方法が提案されている。特許文献１に開示されたプラズマエッチング装置を図４に簡略に示す。
【０００５】
このプラズマエッチング装置では、チャンバ５１内に、被処理体と対向するように外側上部電極５２と内側上部電極５３とが配置されている。外側上部電極５２には、整合器５４を介して第１の高周波電源５５が電気的に接続されていて、チャンバ５１内にプラズマが生成されている時に高周波電源５５の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように調整される。
【０００６】
内側上部電極５３は、多数の通気孔５６が形成された電極板５７が導電材料からなる電極支持体５８に着脱可能に支持された構造である。電極支持体５８の内部には、環状隔壁部材５９で分割された中心ガス導入室６０と周辺ガス導入室６１とが設けられており、処理ガス供給源６２から各室６０，６１に供給する処理ガスの流量比を流量制御弁等で調節することによって、中心ガス導入室６０に連通した電極中心部の通気孔５６から噴出するガスの流量と、周辺ガス導入室６１に連通した電極周辺部の通気孔５６から噴出するガスの流量との比率を任意に調整可能である。
【０００７】
そして、高周波放電領域をなす外側上部電極５２と内側上部電極５３との間で、高周波電界の強度または投入電力のバランスを変えることで、プラズマ密度の空間分布を制御する。また処理ガス噴出領域をなす内側上部電極５３の中心部と周辺部との間でガス流量のバランスを変えることによって、ラジカル密度の空間分布を制御する。
【０００８】
つまり、高周波放電領域と処理ガス噴出領域とが一致または対応していると、投入電力比の変化がラジカル密度の空間分布に影響し、またガス流量比の変化がプラズマ密度の空間分布に影響しまうので、上記したように高周波放電領域の分割レイアウトと処理ガス噴出領域の分割レイアウトとを独立させることにより、プラズマ密度分布とラジカル密度分布の独立制御を可能として、被処理体にラジカルとイオンとを同時に作用させるプラズマ処理の最適化を図っているのである。
【特許文献１】特開２００４−１９３５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のプラズマエッチング装置では、ウエハの表面全体にわたって均一なエッチングレートを得るために、すなわちウエハ表面で所望のエッチング効果を達成するために、処理ガスを均一に分配するように最適化された複数のバッフル、つまり中心ガス導入室６０および周辺ガス導入室６１が設けられている。
【００１０】
しかしこれらのバッフルを含めた上部電極（外側上部電極５２，内側上部電極５３）の設計は、ウエハと上部電極との間の隙間が特定の値のときに、経験に基づいて均一に処理ガスを分配するのに最も適しており、ウエハと上部電極との隙間が変わる場合にそれに応じて調整するのは困難である。
【００１１】
また現状では、通気孔５６は数百個形成され、その裏側へ均等にガス分配を確保するためのバッフルとして、中心ガス導入室６０および周辺ガス導入室６１といった複雑な幾何形状のガス導入室が形成されているが、今後も大口径化が予想されるウエハに対して、流量制御弁等でガス分配を制御することによりウエハ全体にわたって均一な圧力分布を生み出すことは困難である。そのためには、通気孔５６とバッフルの数を増やす必要があり、通気孔５６の数が増加するにつれて、またバッフルの数が増加するにつれて、装置構成が複雑になり、製造コストが大幅に上昇することになる。
【００１２】
さらに、高周波や電磁波を利用した技術が多くなる中、ガス噴出手段の構造はより複雑化されると予想される。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、大口径のウエハ等、ウエハ周辺領域の均一性が得られにくいエッチングプロセスに対しても、簡素なガス供給構造で均一なエッチング特性が得られるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のエッチング装置は、真空チャンバ内に、ウエハが設置されるステージと、前記ステージ上に設置されたウエハに対して上方からエッチングガスを吐出する上部ガス吐出手段とを備え、前記上部ガス吐出部から吐出されたエッチングガスを高周波電力によりプラズマ化して、プラズマ化した活性ガスにより前記ウエハをエッチングするエッチング装置において、前記ステージの外周近傍からステージ上のウエハの外周端に向けてエッチングガスを吐出する下部ガス吐出手段が設けられたことを特徴とする。
【００１４】
下部ガス吐出手段のガス吐出部は、ステージに積載されたウエハの外周端に臨むガス吐出口を有しているのが好ましい。
ガス吐出部は、ステージとフォーカスリングとの間に配置されるのが都合よい。
【００１５】
下部ガス吐出手段は、ガス吐出部に向けてガスを供給するためのガス通路を含み、前記ガス吐出部および前記ガス通路の一端部はそれぞれリング状に形成され、前記ガス吐出部のガス吐出口はガス吐出部の周方向に沿って所定の間隔で複数個形成され、それぞれの下端が前記ガス通路のリング状部に連通していてよい。
【００１６】
あるいは、下部ガス吐出手段は、ガス吐出部に向けてガスを供給するためのガス通路を含み、前記ガス吐出部および前記ガス通路の一端部はそれぞれリング状に形成され、前記ガス吐出部のガス吐出口はガス吐出部の周方向に沿うリング状に形成され、その下端が前記ガス通路のリング状部に連通していてよい。
【００１７】
また下部ガス吐出手段は、ガス吐出部に向けてガスを供給するためのガス通路を含み、前記ガス通路は、種類の異なる複数のエッチングガス及び不活性ガスのガス源にそれぞれ流量制御手段を介して接続され、前記ガス吐出部に向けて供給するガスの組成を前記流量制御手段それぞれの流量制御によって調整可能であるのが好ましい。
【００１８】
本発明のエッチング方法は、真空チャンバ内のステージ上にウエハを設置し、真空チャンバ内に供給するエッチングガスを高周波電力によりプラズマ化して、プラズマ化した活性ガスにより前記ウエハをエッチングする際に、前記ステージ上のウエハに対して上方からエッチングガスを吐出するとともに、前記ステージの外周近傍からウエハの外周端に向けてエッチングガスを吐出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエッチング装置およびエッチング方法は、上部ガス吐出手段と下部ガス吐出手段とをそれぞれ独立して設けて、ウエハの上方からだけでなくウエハ周辺領域に対してもエッチングガスを吐出するようにしたものであり、簡素なガス供給構造でありながら、ウエハ周辺領域のエッチング特性に対する制御性が広がり、大口径のウエハのエッチングなど、ウエハ周辺領域の均一性が得られにくいエッチングプロセスでも、面内均一なエッチング特性を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるドライエッチング装置の概略構成図である。このドライエッチング装置は、真空チャンバ１内に、ウエハ２が設置されるステージ３と、ステージ３上に設置されたウエハ２に対して上方からガスを吐出可能な上部ガス吐出部４とを備えている。ステージ３は下部電極を兼ねたもので（以下、下部電極３と称す）、ウエハ２を保持する静電チャックまたは機械的チャック（図示せず）の機構を有しており、上部ガス吐出部４はステージ３に対向した上部電極５に一体に形成されている。このドライエッチング装置は例えば、平行平板型装置あるいはＲＩＥ型装置といったものである。
【００２１】
真空チャンバ１は接地されており、真空チャンバ１外では、上部電極５とアースとの間に高周波電源６が接続され、下部電極３とアースとの間に高周波バイアス電源７が接続され、上部ガス吐出部５に向けてエッチングガスを供給するガス供給系８が設けられている。高周波電源６、高周波バイアス電源７は例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。上部電極５と高周波電源６との間には、図示しない整合器が介装されている。
【００２２】
上部ガス吐出部４は、複数のガス吐出口４ａを持ったシャワープレートやノズルなどであって、複数種類のエッチングガス源９、例えばＯ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ等のガス源にガス供給路１０を通じて接続しており、ガス供給路１０に介装された各別の流量制御機構１１によってガス流量及びガス組成が調整されたガスの供給を受ける。
【００２３】
このドライエッチング装置の特徴は、下部電極３の外周近傍から下部電極３上のウエハ２の外周端に向けてガスを吐出する下部ガス吐出手段１２を備えている点である。
下部ガス吐出手段１２の内の下部ガス吐出部１３は、シリコン、アルミニウム、ステンレス、酸化シリコン、酸化アルミニウム等を主体とする材料を用いて、図２にも示すようにガス吐出口１３ａを設けてリング状に形成されており、下部電極３が支持された支持台１４の上面に積載またはネジ止め等により保持された状態で、上端が下部電極３上のウエハ２の上面とほぼ同じ高さとなるように寸法設定されている。
【００２４】
下部ガス吐出部１３と支持台１４の当接部分には、ガス供給路１５が、下部ガス吐出部１３の周方向に沿って、全周にわたってリング状に配置されている。ガス吐出口１３ａは、下部ガス吐出部１３の上端内周のテーパ面で一端が開口し、他端がガス供給路１５に連通するように、下部ガス吐出部１３の周方向に沿って所定の間隔で複数個形成されていて、それぞれ、テーパ面の傾斜に見合った、ウエハ２の外周端（特にエッジ部分）に臨む斜め上向きの開口部を一端に有している。ガス供給路１５は、複数種類のエッチングガス源１６、例えばＯ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３等のガス源に他端において接続しており、ガス流量及びガス組成を調整する各別の流量制御機構１７を介装している。１８はフォーカスリングである。
【００２５】
上記構成における作用を説明する。
搬送機構(図示せず)によってウエハ２を下部電極３上に載せ、真空チャンバ１内を真空排気系（図示せず）によって真空引きするとともに、ウエハ２を下部電極３上に静電チャックなどで保持し、その状態で、上部ガス吐出部４および下部ガス吐出部１３を通じて真空チャンバ１内にエッチングガスを供給する。
【００２６】
真空チャンバ１内の圧力が一定になったら、高周波電源６より上部電極５に高周波電力を印加して、真空チャンバ１内のエッチングガスをプラズマ化し、プラズマ化した活性ガスを、高周波バイアス電源７から下部電極３に印加する高周波電力により下部電極３側に引き込んで、下部電極３上のウエハ２の表面をエッチングする。
【００２７】
この際に、上部ガス吐出部４に対しては、流量制御機構１１により、ウエハ２のエッチングに最適なガスをＯ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ等のガス源９から選択し、その流量及び組成を調整して混合ガスとしてガス供給路１０を通じて送り、上部ガス吐出部４のガス吐出口４ａを通じてウエハ２の上方から吐出させる。
【００２８】
また下部ガス吐出部１３に対しては、流量制御機構１７により、ウエハ２のエッチングに最適なガスをＯ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３等のガス源１６から選択し、その流量及び組成を調整して混合ガスまたは単ガスとしてガス供給路１５を通じて送り、下部ガス吐出部１３のガス吐出口１３ａを通じてウエハ２の外周端および周辺領域に対して吐出させる。
【００２９】
たとえば、コンタクトホールあるいはビアホールの形成、パッド形成のようなデポ性の強いエッチングの場合、酸化膜などのウエハ２の周辺領域に対して吐出するガスとして、ウエハ中央領域のデポ性に寄与しているＣＨＦ３ガスを選択し、デポ成分とは逆の働きをするＯ２ガスの比率を上部ガス吐出部４側よりも下げ、エッチングレートへの寄与が大きいＣ４Ｆ８ガスの比率を上部ガス吐出部４側よりも下げる。
【００３０】
つまり、ウエハ２の中央領域および周辺領域に対して、上部ガス吐出部４とガス供給路１０、下部ガス吐出部１３とガス供給路１５といった、簡素な構造の個別のガス吐出系を設けて、それぞれエッチングガスを吐出し、且つそのエッチングガスの流量および組成も変えられるようにすることにより、ウエハ２の周辺領域に対して吐出するガスについて、その周辺領域で過剰となるＯ２などのラジカルの比率を下げ、かつその周辺領域で不足する、副生成物の影響を補正するためのＣＨＦ３などデポ性のガスを増やすようにしたのである。
【００３１】
このようにすることにより、３００ｍｍ以上の大口径ウエハのエッチングや、ウエハの中央領域と周辺領域とで均一性が得られにくいエッチングプロセスであっても、面内均一なエッチング特性を得ることが可能になる。
【００３２】
また、同一の真空チャンバ１を使用して、コンタクトやエッチバック等のようにウエハの中央領域と周辺領域とでエッチング特性が大きく相違する異種のプロセスを処理することが可能になる。この場合、下部ガス吐出部１３から噴出するガスの組成を変化させる方法の他に、ガスの噴出向きや噴出初速が異なる複数種類のガス吐出手段、ガス吐出口を利用する方法もある。
【００３３】
また、ウエハ２の周辺領域やその近傍、たとえばフォーカスリング１８にデポが付着し易いプロセスでは、ウエハ２の外周近傍（つまりガス吐出口１３ａ）から未反応のバージンガス、例えばＡｒ、Ｎ２、Ｈｅを流すことにより、ウエハ２の周辺領域やフォーカスリングに対するデポ性を低減することができ、デポによるエッチストップの防止やフォーカスリングのクリーニング頻度を低減できる。
【００３４】
また、上記したように上部ガス吐出部４と下部ガス吐出部１３の両者からほぼ同様のガスを同時に供給するだけでなく、たとえば、上部ガス吐出部４から不活性ガスのみを吐出し、下部ガス吐出部１３からエッチングガスを吐出するステップを含めることにより、エッチング特性を最適なものにすることも可能である。
【００３５】
また、下部ガス吐出部１３を下部電極３に一体に設けることにより、上部電極あるいは上部ガス流量制御を内側・外側でそれぞれ制御するような構造の複雑化を回避するとともにチャンバ全体の構造を簡素化でき、下部ガス吐出手段１２によるガス流量の制御によりエッチングプロセスの制御性を容易にすることができる。
【００３６】
図３は上記したドライエッチング装置に配置される他の下部ガス吐出部１３を示す。この下部ガス吐出部１３では、ガス吐出口１３ｂは、テーパ面で一端が開口し、他端がガス供給路１５に連通するように、リング状の下部ガス吐出部１３の全周にわたってリング状に形成されており、テーパ面の傾斜に見合った、ウエハ２の外周端（特にエッジ部分）に臨む斜め上向きの開口部を有している。このような下部ガス吐出部１３でも上述したのと同様の効果が得られる。下部ガス吐出部１３の加工形状には特に制限はない。プロセスによっては、異なる方向にガスを吐出する別途のガス吐出口を設けておくのも好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のエッチング装置およびエッチング方法は、大口径のウエハのエッチングなど、ウエハ周辺領域の均一性が得られにくいエッチングプロセスでエッチング特性を向上させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態におけるドライエッチング装置の概略構成を示す断面図
【図２】図１のドライエッチング装置に配置された下部ガス吐出部の斜視図
【図３】図１のドライエッチング装置に配置される他の下部ガス吐出部の斜視図
【図４】従来のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
【００３９】
１    真空チャンバ
２    ウエハ
３    下部電極（ステージ）
４    上部ガス吐出部
５    上部電極
10    ガス供給路
11    流量制御機構
13    下部ガス吐出部
15    ガス供給路
17    流量制御機構
18    フォーカスリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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